(57)【要約】  【課題】強化繊維束をボビンから芯材まで連結した状態で搬送させる際に、搬送中の強化繊維束のヨリの混入を抑え、かつ強化繊維束に均等な張力を与えることによって、搬送中に生じる強化繊維束の強度の低下を確実に防止することを可能にし、更には強化繊維束の擦過のために生じる擦過傷、破損等を確実に防止することができる繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器を提供する。  【解決手段】各ボビン(2) から引き出された強化繊維束(30)を引出し直後に案内する部位及び同部位の下流側直後の部位に一対の固定式のガイド(6,7) が固設支持されている。各ボビン(2) からマ芯材(5) への強化繊維束搬送路中に、各ガイド(6,7) から搬送された強化繊維束(30)を独立して誘導案内する独立回転形のガイドローラ(16 〜20) が固設支持されている。芯材(5) の下流側に隣接して配されたトラバース部(4) の出口部に一体回転形のガイドローラ(21)が設けられている。  【選択図】図１
2005088536.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれに強化繊維束が巻かれた多数本のボビンと、
各ボビンから引き出された複数本の強化繊維束を同一方向に移動案内するトラバース部
と、
同トラバース部から同時に送り出された前記各強化繊維束を巻付けて製品を成形する芯材と、
前記各ボビンから前記芯材への強化繊維束搬送路中に配され、前記各強化繊維束を誘導案内する固定式及び回転式のガイドと、
を備えた繊維強化複合材料の製造装置であって、
前記各ボビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に案内する部位及び同部位の下
流側直後の部位にそれぞれ配された一対のガイドが、前記固定式のガイドとして構成され
、
前記回転式のガイドが、それぞれ独立回転し、前記各強化繊維束を誘導案内する独立回
転形のガイドローラと前記各強化繊維束を整列させて誘導案内する一体回転形のガイドロ
ーラとからなり、
前記独立回転形のガイドローラが、前記強化繊維束搬送路中に配され、前記一体回転形
のガイドローラが前記トラバース部の出口部に配されてなる、
ことを特徴とする繊維強化複合材料の製造装置。
【請求項２】
前記一対のガイドが、前記各ボビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に案内す
る部位に配された前記固定式のガイドにより発生する強化繊維束のヨリを除去可能な距離
離間して配されてなることを特徴とする請求項１記載の製造装置。
【請求項３】
前記固定式のガイドが、少なくとも前記トラバース部の入口部、又は前記トラバース部
の出口部近傍の上流側に配されてなることを特徴とする請求項１記載の製造装置。
【請求項４】
少なくとも１つの前記固定式のガイドが、湾曲部分を備えた円形断面状のバー部材を有
してなり、同バー部材が次式１及び２を満足してなることを特徴とする請求項１〜３のい
ずれかに記載の製造装置。
（Ｗ／２）≦Ｒ≦（４×Ｗ）……式１
（Ｗ／１０）≦ｒ≦Ｗ      ……式２
ここで、
Ｗ：バー部材を通過する強化繊維束の接触幅
Ｒ：バー部材の湾曲部分の曲率半径
ｒ：バー部材の半径
【請求項５】
前記バー部材を有する固定式のガイドが、前記トラバース部の出口部近傍の上流側に配
されてなることを特徴とする請求項４記載の製造装置。
【請求項６】
前記固定式のガイドが、円筒状のガイド部材と櫛状のガイド部材とを一組として構成さ
れてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の製造装置。
【請求項７】
前記強化繊維束が前記固定式のガイドに接触している接触角θが、９０°＜θ＜１７０
°の範囲に設定されてなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の製造装置。
【請求項８】
多数本のボビンからそれぞれ強化繊維束を同時に引き出すこと、
引き出した各強化繊維束をガイドにより同一平面上に間隔を保って搬送すること、
前記各強化繊維束間の間隔を保ってトラバース部に搬入すること、
同トラバース部にて各強化繊維束を整列させて誘導案内すること、及び
整列した各強化繊維束を芯材に対して同時に送り出し、同整列した強化繊維束を芯材に巻付けて製品を成形すること、
を含んでなる繊維強化複合材料の製造方法であって、
前記各ボビンから引き出した各強化繊維束の間隔を保つ搬送を、独立回転形のガイドロ
ーラにて前記各強化繊維束をそれぞれ独立して誘導案内することにより行い、
前記芯材に同時に送り出す各強化繊維束の整列を、一体回転形のガイドローラにて前記各強化繊維束を整列させて誘導案内することにより行うことを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記各ボビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に案内するガイド部において発
生する各強化繊維束のヨリを、前記各ボビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に
案内する部位及び同部位の下流側直後に案内する部位間に配された一対のガイド間で除去
することを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
上記請求項８又は９記載の繊維強化複合材料の製造方法を用い、内面側から外面側に向
けて径方向、軸方向及び周方向に異なる配向を有し、三層構造の繊維強化樹脂層より成形
された圧力容器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、樹脂を含浸した強化繊維を連続的に芯材に巻付けて製品を成形する繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器に係わり、特に、強化繊維の強度発現性に優れた繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器に関する。
【背景技術】
【０００２】
強化繊維にて繊維強化複合材料を成形する方法の一つとして、フィラメントワインディング成形法（以下、ＦＷ法という。）がある。この方法は、樹脂を含浸した強化繊維束をマンドレルやライナーなどに連続的に巻付け、その後、含浸した樹脂を硬化することで成形体を得る方法である。
【０００３】
このＦＷ法で成形される成形体としては、例えば輪転機に使用される強化繊維性のロー
ル、自動車の駆動伝達に用いられるプロペラシャフト、ゴルフクラブ用シャフトや圧力容器等がある。従来、強化繊維としては金属線材が用いられており、成形体としては金属製のものとなっていた。
【０００４】
しかし、金属材からなる成形体では重量が重くなり、この成形体をプロペラシャフト等
のような回転体として使用する場合はエネルギーロスが多かった。また、圧力容器等のよ
うな圧力貯蔵用の用途として使用する場合では、強度上の問題で充填圧力が上げられず、
十分な充填量が得られなかった。このことから、近年においては、ＦＷ法にて成形される
成形体を軽量化するため、繊維強化された高強度の成形体が多用されるようになってきた
。
【０００５】
ＦＷ法にて成形体を得る場合は、容易に製品を成形できる反面、強化繊維の強度を如何
に発現させるかが肝要となる。強化繊維がもつ本来の強度を十分に発揮することができな
い場合は、ＦＷ法による工程において、必要以上に強化繊維束をマンドレルに厚く巻くこ
とが余儀なくなされてしまい、その結果として成形体の重量が必要以上に重くなるという
問題等が発生していた。更に、ＦＷ法による工程によっては、強化繊維束のハンドリング
性が悪くなり、成形に要する時間が長くなったり、強化繊維束がガイドを通過する際に発
生する擦過によるダメージなどの問題があった。
【０００６】
上記不具合を解消するために、強化繊維束に与える擦過によるダメージを少なくし、こ
れにより強化繊維束の強度を高めることを可能にしたフィラメントワインディングマシン
（以下、ＦＷマシンという。）の繊維束送り機構（例えば特許文献１、図２、図６参照）
が提案されている。
【０００７】
上記特許文献１に記載されたＦＷマシン６０の繊維束送り機構５１は、図４に示すよう
に、第１繊維ガイド部材５２と第２繊維ガイド部材５３と第３繊維送り部材５４とを備え
ている。第１繊維ガイド部材５２は、ＦＷマシン６０の固定部６１に設けられかつ揺動中
心線Ｑから離れた第１繊維送りローラ５５を有している。第２繊維ガイド部材５３は、揺
動部６２に設けられかつ揺動中心線Ｑから離れた第２繊維送りローラ５６を有している。
第３繊維ガイド部材５４に設けられた第３繊維送りローラ５７は、揺動中心線Ｑに沿う方
向の第１回転軸５８と揺動中心線Ｑと交差する方向の第２回転軸５９を中心に回動自在に
支持されている。
【０００８】
第３繊維送りローラ５７の両端と第１及び第２繊維送りローラ５５，５６の両端との間
には、引張りばね６３，６４がそれぞれ張架されている。各引張りばね６３，６４は、第
３繊維送りローラ５７を第１繊維送りローラ５５と第２繊維送りローラ５６との方向に起
立させ、かつ、第３繊維送りローラ５７を第１繊維送りローラ５５と第２繊維送りローラ
５６との間の角度を保つような張力を発生している。
【０００９】
この従来の繊維束送り機構５１は、図５に示すように、第１繊維送りローラ５５を有す
る固定部６１に対して、第２繊維送りローラ５６を有する揺動部６２を図５の上下方向に
揺動させることで繊維束の搬送方向を大きく方向転換させると、第３繊維ガイド部材５４
における第３繊維送りローラ５７が、第１繊維送りローラ５５と第２繊維送りローラ５６
とのなす角度の中間の角度まで傾いて首を振ることになり、これによって繊維束の方向転
換をスムーズに行っている。
【００１０】
その結果、繊維束が前記第１〜第３繊維送りローラ５５〜５７から脱落することはなく
、かつ、繊維束に対して擦過によるダメージを与えることもなくなり、繊維束をマンドレ
ルに向けて円滑に送り出すことができる。
【特許文献１】特開平１０−９５５７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上記特許文献１に開示されたような従来のＦＷマシン６０の繊維束送り機構５１におい
ては、既述のとおり、第１繊維送りローラ５５を有する固定部６１に対して、第２繊維送
りローラ５６を有する揺動部６２を図５の上下方向に揺動させることで、繊維束の搬送方
向を大きく方向転換させると、第１繊維送りローラ５５と第２繊維送りローラ５６との間
を通る繊維束によって第３繊維送りローラ５７が図５の矢印方向Ｒに回転する構成となっ
ている。
【００１２】
このため、繊維束送り機構５１によって繊維束をマンドレルに対して所望の位置や方向
に向けて送り出すうえで、繊維束の擦過によるダメージを少なくすることは可能となる。
しかして、搬送中の繊維束に発生するヨリを防止することはできず、しかも、繊維束の強
度の低下を抑えることはできなかった。
【００１３】
また、上記特許文献１に開示された繊維束送り機構５１は、既述のとおり、第３繊維送
りローラ５７が、第１繊維送りローラ５５と第２繊維送りローラ５６とのなす角度の中間
の角度まで傾いて首を振るため、繊維束と第１〜第３繊維送りローラ５５〜５７との接触
角が変動しやすくなる。このため、初期の繊維束の張力を制御するのに高価な張力コント
ロール装置を必要とし、繊維束送り機構１の構造が複雑化することに相まって、その製作
費が嵩むという問題等が発生する。
【００１４】
このように、上記特許文献１に開示された技術は、繊維束搬送中で繊維束のヨリを発生
させることなく、それと同時に繊維束の張力変動を防止するという技術的課題を残してい
る。
【００１５】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、強化繊維束をボビンから芯材まで連結した状態で搬送させる際に、搬送中の強化繊維束のヨリの混入を抑え、かつ強化繊維束に均等な張力を与えることによって、搬送中に生じる強化繊維束の強度の低下を確実に防止することを可能とし、更には強化繊維束の擦過のために生じる擦過傷、破損等を確実に防止することができる繊維強化複合材料の製造装置、同製造方法及び圧力容器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本件請求項１に係る発明は、それぞれに強化繊維束が巻かれた多数本のボビンと、各ボ
ビンから引き出された複数本の強化繊維束を同一方向に移動案内するトラバース部と、同
トラバース部から同時に送り出された前記各強化繊維束を巻付けて製品を成形する芯材と、前記各ボビンから前記芯材への強化繊維束搬送路中に配され、前記各強化繊維束を誘導案内する固定式及び回転式のガイドとを備えた繊維強化複合材料の製造装置であって、前記各ボビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に案内する部位及び同部位の下流側直後の部位にそれぞれ配された一対のガイドが、前記固定式のガイドとして構成され、前記回転式のガイドが、それぞれ独立回転し、前記各強化繊維束を誘導案内する独立回転形のガイドローラと前記各強化繊維束を整列させて誘導案内する一体回転形のガイドローラとからなり、前記独立回転形のガイドローラが、前記強化繊維束搬送路中に配され、前記一体回転形のガイドローラが前記トラバース部の出口部に配されてなることを特徴とする繊維強化複合材料の製造装置にある。
【００１７】
なお、本発明における「芯材」は、具体的には、マンドレルやライナーなどである。すなわち、ＦＷ法を用いる際に、樹脂を含浸した強化繊維束を連続的に巻付け、強化繊維束に含浸した樹脂を硬化した後、製品から除くことができるもの、または、成形後にそれ自身が強化繊維複合材料と一体化されるものいずれも含む。
【００１８】
請求項２に係る発明は、上記請求項１記載の発明にあって、前記一対のガイドが、前記
各ボビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に案内する部位に配された前記固定式
のガイドにより発生する強化繊維束のヨリを除去可能な距離離間して配されていることを
特徴としている。
【００１９】
請求項３に係る発明は、上記請求項１記載の発明にあって、前記固定式のガイドが、少
なくとも前記トラバース部の入口部、又は前記トラバース部の出口部近傍の上流側に配さ
れていることを特徴としている。
【００２０】
請求項４に係る発明は、上記請求項１〜３のいずれかに記載の発明にあって、少なくと
も１つの前記固定式のガイドが、湾曲部分を備えた円形断面状のバー部材を有してなり、
同バー部材が次式１及び２を満足していることを特徴としている。
【００２１】
（Ｗ／２）≦Ｒ≦（４×Ｗ）……式１
（Ｗ／１０）≦ｒ≦Ｗ      ……式２
ここで、
Ｗ：バー部材を通過する強化繊維束の接触幅
Ｒ：バー部材の湾曲部分の曲率半径
ｒ：バー部材の半径
【００２２】
請求項５に係る発明は、上記請求項４記載の発明にあって、前記バー部材を有する固定
式のガイドが、前記トラバース部の出口部近傍の上流側に配されていることを特徴として
いる。
【００２３】
請求項６に係る発明は、上記請求項１〜３のいずれかに記載の発明にあって、前記固定
式のガイドが、円筒状のガイド部材と櫛状のガイド部材とを一組として構成されているこ
とを特徴としている。
【００２４】
請求項７に係る発明は、上記請求項１〜６のいずれかに記載の発明にあって、前記強化
繊維束が前記固定式のガイドに接触している接触角θが９０°＜θ＜１７０°の範囲に設
定されていることを特徴としている。
【００２５】
請求項８に係る発明は、多数本のボビンからそれぞれ強化繊維束を同時に引き出すこと
、引き出した各強化繊維束をガイドにより同一平面上に間隔を保って搬送すること、前記
各強化繊維束間の間隔を保ってトラバース部に搬入すること、同トラバース部にて各強化
繊維束を整列させて誘導案内すること、及び整列した各強化繊維束を芯材に同時に送り出し、同整列した強化繊維束を芯材に巻付けて製品を成形することを含んでなる繊維強化複合材料の製造方法であって、前記各ボビンから引き出した各強化繊維束の間隔を保つ搬送を、独立回転形のガイドローラにて前記各強化繊維束をそれぞれ独立して誘導案内することにより行い、前記芯材に対して同時に送り出す各強化繊維束の整列を、一体回転形のガイドローラにて前記各強化繊維束を整列させて誘導案内することにより行うことを特徴とする繊維強化複合材料の製造方法にある。
【００２６】
請求項９に係る発明は、上記請求項８記載の発明にあって、前記各ボビンから引き出さ
れた強化繊維束を引出し直後に案内するガイド部において発生する各強化繊維束のヨリを
、前記各ボビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に案内する部位及び同部位の下
流側直後に案内する部位間に配された一対のガイド間で除去することを特徴としている。
【００２７】
請求項１０に係る発明は、上記請求項８又は９記載の発明にあって、繊維強化複合材料
の製造方法を用い、内面側から外面側に向けて径方向、軸方向及び周方向に異なる配向を
有し、三層構造の繊維強化樹脂層より成形された圧力容器にある。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の繊維強化複合材料の製造装置は、上記請求項１に係る発明のように、多数本の
ボビンから引き出された複数本の強化繊維束の引出し直後に案内する部位及び同部位の下
流側直後に案内する部位の双方に、一対の固定式のガイドが配されていること、各ボビン
から芯材への強化繊維束搬送路中に独立回転形のガイドローラが配されていること、搬送中の各強化繊維束を芯材へ送り出すトラバース部の出口部に一体回転形のガイドローラが配されていることを主要な特徴としている。
【００２９】
本発明は、前記一対の固定式のガイドの存在により、強化繊維束に混入するヨリ（捩じ
れ）を除去することができるように構成されており、強化繊維束の強度の低下を防止し、
成形体の強度の低下を防止することができるようになる。
【００３０】
更に本発明は、各強化繊維束に対して独立回転する独立回転形のガイドローラの存在に
より、各強化繊維束に対して張力を均等に与えることができるようになる。また、搬送中
の各強化繊維束が前記独立回転形のガイドローラにそれぞれ独立して通過することができ
るため、強化繊維束の擦過のために生じる毛羽の発生、切れ、擦過傷、破損等を確実に防
止することができるようになる。
【００３１】
更に本発明は、前記トラバース部の出口部に配された一体回転形のガイドローラの存在
により、搬送中の各強化繊維束を前記芯材へ送り出す前に、１本のガイドローラー上で搬送中の各強化繊維束を平面状に収束することができるように構成されており、成形体の繊維配向の整列度を向上することができるようになる。
【００３２】
本発明にあっては、前記一対のガイドが、上記請求項２に係る発明のように、前記各ボ
ビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に案内する部位に配された前記固定式のガ
イドにより発生する強化繊維束のヨリを除去するように離間して配されていることが有効
である。
【００３３】
前記各ボビンから引き出された強化繊維束は、同強化繊維束の引出し直後に案内する部
位に配された先位の固定式のガイド上を摺動しながら往復動して搬送されるため、強化繊
維束がガイド上を摺動するときに、ヨリの発生とそのヨリの戻りとが、摺動方向によって
行われる。強化繊維束は、ヨリの発生とヨリの戻りとを繰り返しながら、次位の固定式の
ガイドに向けて搬送される。
【００３４】
この発明は、前記先位の固定式のガイドと前記次位の固定式のガイドと間が強化繊維束
のヨリを除去することのできる所要の距離に設定されている。このため、前記各ボビンか
ら引き出された強化繊維束が前記次位の固定式のガイドを通過する以前に、ヨリが付与さ
れた強化繊維束自体からヨリを戻す方向に強化繊維束を前記先位の固定式のガイド上で摺
動させることができる。このため、ヨリを解除した正常な状態で強化繊維束を前記次位の
固定式のガイドの下流側に向けて誘導案内することができる。
【００３５】
前記一対のガイド間の距離を強化繊維束の搬送速度等に応じて設定することにより、前
記各ボビンから引き出された強化繊維束に加わるヨリを抑えることができ、しかも強化繊
維束の張力を安定化することができる。
【００３６】
各ボビンから芯材への強化繊維束搬送路中に配された固定式のガイドは、上記請求項３に係る発明のように、少なくとも前記トラバース部の入口部、又は前記トラバース部の出口部の近傍の上流側に配されていることが好適である。
【００３７】
強化繊維束にヨリが発生しやすい強化繊維束搬送路中にも前記固定式のガイドを配置す
ることにより、搬送中の強化繊維束にヨリが混入することを防止することができるように
なり、強化繊維束の目付を一定にすることができる。
【００３８】
上記請求項４に係る発明は、湾曲部分を備えた円形断面状のバー部材を有してなる前記
固定式のガイドの上記関係式を特定したものであり、前記バー部材を通過する強化繊維束
の接触幅Ｗとバー部材の湾曲部分の曲率半径Ｒとは（Ｗ／２）≦Ｒ≦（４×Ｗ）の寸法関
係に規定することが好ましい。前記バー部材を通過する強化繊維束の接触幅Ｗとバー部材
の半径ｒとは（Ｗ／１０）≦ｒ≦Ｗの寸法関係に規定することが好ましい。
【００３９】
上記寸法関係を満足する固定式ガイドの形状を採用することにより、搬送中の強化繊維
束の収束性を十分に高めることができる。これにより、本発明装置における繊維目付の管
理が容易となり、所定の積層構造を有する成形体が得やすくなる。
【００４０】
前記曲率半径Ｒ及び前記半径ｒを上記寸法関係に設定することにより、搬送中の強化繊
維束の収束性を良好に保つことができるが、例えば前記曲率半径Ｒが（Ｗ／２）よりも小
さい場合は、曲率半径Ｒ内を通過する強化繊維束の収束が過多になる。また、前記曲率半
径Ｒが（４×Ｗ）よりも大きい場合には、強化繊維束の収束不足が発生する。このため、
強化繊維束の目付斑を起こし、成形体の強度を低下させ、しかも外観を損なうため好まし
くない。
【００４１】
前記バー部材を有する固定式のガイドは、上記請求項５に係る発明のように、前記トラ
バース部の出口部近傍の上流側に配されていることが特に有効である。搬送中の各強化繊
維束を、芯材に送り出す直前に前記バー部材を有する固定式のガイドを配置することにより、最終的に得られる成形体の強度を高めることができる。
【００４２】
前記固定式のガイドは、上記請求項６に係る発明のように、円筒状のガイド部材と櫛状
のガイド部材とを一組として構成されていることが好ましい。
【００４３】
前記固定式のガイドとして、円筒状のガイド部材と櫛状のガイド部材とを組合わせるこ
とにより、強化繊維束の目付を安定化させることができる。また、仮に、強化繊維束にヨ
リが付加された場合があっても、強化繊維束のヨリが通過しないように構成されているた
め、最終的に得られる成形体の強度を高めることができる。なお、前記円筒状のガイド部
材と前記櫛状のガイド部材との組合わせは二組以上であってもよい。
【００４４】
前記強化繊維束が前記固定式のガイドに接触している接触角θは、上記請求項７に係る
発明のように、９０°＜θ＜１７０°の範囲に設定されていることが好ましい。
【００４５】
前記強化繊維束が前記固定式のガイド上に接触している接触面上の角度θ（接触角θ）
が９０°＜θ＜１７０°の範囲内にある場合は、前記強化繊維束の張力を最適な値に維持
することができ、前記強化繊維束を確実に搬送することができる。前記接触角θが９０°
＜θ＜１７０°の範囲を逸脱する場合は、前記強化繊維束と前記固定式のガイドとの間に
、たるみ、滑りや過摩擦などが発生しやすくなり、円滑な搬送ができないため好ましくな
い。
【００４６】
本発明の繊維強化複合材料の製造方法は、例えば、本発明の代表的な上記製造装置を使って実施できる。その代表的な繊維強化複合材料の製造方法が、上記請求項８に係る発明である。本発明の繊維強化複合材料の製造方法においては、強化繊維束搬送路中に配された樹脂槽を介して、各ボビンから引き出された複数本の強化繊維束にそれぞれ樹脂を塗布すること、あるいは強化繊維束搬送中から前記樹脂槽を排除して、予め樹脂を含浸した強化繊維束を搬送することのいずれの方法を採用してもよい。
【００４７】
繊維強化複合材料を製造するにあたり、独立回転形のガイドローラにより各強化繊維束
をそれぞれ独立して誘導案内することによって、各ボビンから引き出した各強化繊維束の
間隔を一定に保ちながら、初期の強化繊維束の張力を維持することができるようになる。
このため、強化繊維束を円滑に搬送することができる。また、一体回転形のガイドローラ
によりマンドレルに対して同時に送り出した強化繊維束を均等に整列させた状態として誘
導案内することができるようになり、最終的に得られる成形体の繊維配向性を向上させる
ことができる。
【００４８】
請求項９に係る発明は、各ボビンから引き出された強化繊維束を引出し直後に案内して
いるガイドによって発生する強化繊維束のヨリを除去するため、各ボビンから引き出され
た強化繊維束を引出し直後に案内する部位及び同部位の下流側直後の部位に配された一対
のガイド間でヨリを除去している。このため、前記トラバース部に対してヨリが発生して
いない強化繊維束を導入することができる。しかも、強化繊維束の張力変動を防止するこ
とができ、高強度の成形体が効果的に得られる。
【００４９】
上記繊維強化複合材料の製造方法を用いることにより、内面側から外面側に向けて径方
向、軸方向及び周方向に異なる配向を有する三層構造の繊維強化樹脂層が成形され、請求
項１０に係る発明のような圧力容器が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明の代表的な実施形態である繊維強化複合材料の製造装置の一例を模式的に
示す構成説明図である。
【００５１】
本発明に適用される強化繊維として、例えば炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、ＰＢＯ繊維等が使用できるが、特に限定されるものではない。また、ボビンに巻かれた強化繊維は、樹脂が含浸されていないものも、予め樹脂を含浸させてプリプレグ状にした強化繊維のいずれも使用することができる。本発明に適用される樹脂としては、特に限定されるものではないが、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂やアクリル樹脂等の熱可塑性樹脂を使用することができる。
【００５２】
図１による繊維強化複合材料の製造装置１の基本構成は、必要本数の強化繊維束３０，
…，３０の長手方向の強化繊維束搬送路に沿って多数本のボビン２（２ａ，２ｂ，２ｃ）
、樹脂含浸装置３（樹脂槽３ａ）、トラバース部４、芯材５が順次直列に並設されている。
【００５３】
これらのトラバース部４及び芯材５の駆動は、特に限定されるものではないが、例えば前記トラバース部４は、図示せぬ制御部からの指令に基づきＸ−Ｙ−Ｚ軸方向に制御駆動される。前記芯材５は、その中心軸線回りに回転駆動する。このようなトラバース部４及び芯材５は、例えば上記特許文献１に記載された繊維束送り機構と一部において同様の構成を備えた装置が使用できる。
【００５４】
各ボビン２から芯材５へ搬送する強化繊維束搬送路中には各強化繊維束３０の引出し方向に直交して並ぶ複数本の固定式のガイド６〜１５及び回転式のガイド１６〜２１が各強化繊維束３０を芯材５へ誘導案内しながら搬送するように構成されている。これらの固定式のガイド６〜１５及び回転式のガイド１６〜２１は、本発明装置１の主要な構成部品を構成している。
【００５５】
前記固定式のガイド６，７，９，１０，１３，１５は、長尺の円筒形をなすガイドから
構成されている。各強化繊維束３０が固定式のガイド６，７，９，１０，１３，１５上に
おいて接触している接触面上の接触角θは、１２０°＜θ＜１７０°の範囲に設定されて
いる。
【００５６】
前記固定式のガイド８，１１，１２，１４は、各強化繊維束３０が独立して通過できる
ように櫛状に形成されている。各櫛状の固定式のガイド８，１１，１２，１４には、強化
繊維束３０の本数に見合った数をもつ等ピッチの櫛歯状をなす図示せぬ複数のコームピン
が立設されており、強化繊維束３０が所定の位置を通過するように誘導案内することがで
きる構成とされている。
【００５７】
前記回転式のガイド１６〜２０は、強化繊維束３０の本数に合致した数をもつ独立回転
可能な円筒形のガイドから構成されている。前記回転式のガイド（デリバリーヘッド）２
１は、１本の円筒形のガイドからなる。この回転式のガイド２１は、各強化繊維束３０を
平面状に収束させて芯材５へ送り出す機能をもっている。この回転式のガイド２１の回転部分の両側端部は、強化繊維束３０の脱落を防止するために、回転部分の直径よりも約２ｍｍ程度大きく設定された図示せぬ一対の円形状のフランジ部を有している。
【００５８】
本発明によれば、固定式のガイド６〜１５及び回転式のガイド１６〜２１の材質、大き
さなどを限定するものではなく、例えば金属材又は樹脂材から構成された円形断面を有す
る中実体などを使用することができる。
【００５９】
本発明装置１は、各ボビン２から引き出された強化繊維束３０の引出し直後に案内する
部位及び同部位の下流側に隣り合って案内する部位の双方に、それぞれ前記固定式のガイ
ド６，７が配設されている。これらのガイド６，７には、強化繊維束３０がガイド６，７
の接触面上に接触している接触幅よりも幅広く設定された案内溝が軸線方向にわたり形成
されている。
【００６０】
前記ガイド６上では、各ボビン２から引き出された強化繊維束３０の水平方向の振りに
よって強化繊維束３０が前記ガイド６上を摺動しながら往復動し、これによって、強化繊
維束３０にはヨリ（捩じれ）が発生する。
【００６１】
各ボビン２から引き出された強化繊維束３０は、同強化繊維束３０の引出し直後に配さ
れた高位の前記固定式のガイド６上を摺動しながら往復動して搬送される。このため、強
化繊維束３０が前記固定式のガイド６上を摺動するとき、ヨリの発生とヨリの戻りとが摺
動方向によって行われる。強化繊維束３０は、ヨリの発生とヨリの戻りとを繰り返しなが
ら、前記固定式のガイド６の下流側の近傍に配された低位の前記固定式のガイド７に向け
て搬送される。
【００６２】
図２は、ボビン２から引き出された強化繊維束３０が固定式のガイド６を通過するとき
の強化繊維束３０の動きを模式的に示している。
【００６３】
本発明にあっては、前記固定式のガイド６，７が、強化繊維束３０に混入するヨリを除
去することができるように構成されている。強化繊維束３０が、ボビン２からの強化繊維
束３０の巻戻し位置によって前記固定式のガイド６上を、例えば図２の右方向に摺動しな
がら搬送されることで、強化繊維束３０にヨリが与えられる。ボビン２からの強化繊維束
３０の巻戻し方向が変わって、同強化繊維束３０が前記ガイド６上を図２の右方向の摺動
から左方向に前記固定式のガイド６上を摺動すると、今度はヨリを戻すことになる。
【００６４】
前記ガイド６によって強化繊維束３０に生じたヨリが前記ガイド６上でのヨリの戻し工
程で戻されるまで、前記強化繊維束３０が前記固定式のガイド７に到達しない距離Ｌ（図
１）だけ少なくとも前記固定式のガイド６，７は離間されている。
【００６５】
この構成を備えることにより、各ボビン２から引き出された強化繊維束３０が前記固定
式のガイド７を通過する以前に、ヨリが付与された強化繊維束３０からヨリを戻すことが
できる。このため、ヨリを解除した正常な状態で強化繊維束３０を各固定式のガイド６，
７の下流側に向けて円滑に誘導案内することができる。
【００６６】
前記固定式のガイド６から前記固定式のガイド７までの距離が強化繊維束３０の搬送速
度等に応じて設定できるため、前記各ボビン２から引き出された強化繊維束３０に加わる
ヨリを抑えることができる。しかも、強化繊維束３０の張力を安定化することができると
ともに、図示せぬ成形体の強度の低下を防止することができる。
【００６７】
図１に示すように、前記樹脂槽３ａの入口部、前記樹脂槽３ａの出口部、前記トラバー
ス部４の入口部、又は前記トラバース部４の出口部に隣り合う上流側に前記固定式のガイ
ド８〜１５が直列に配されるように構成されている。このように、強化繊維束３０にヨリ
が発生しやすい強化繊維束搬送路中に前記固定式のガイド８〜１５を配置することにより
、搬送中の強化繊維束３０にヨリが混入することを防止することができるようになり、強
化繊維束３０の目付を一定に確保することができる。
【００６８】
強化繊維束３０が前記固定式のガイド６，７，９，１０，１３，１５上に接触している
接触面上の接触角θは、９０°＜θ＜１７０°の範囲に設定されていることが好ましい。
前記接触角θが９０°＜θ＜１７０°の範囲内にある場合は、強化繊維束３０の張力を最
適な値に維持することができ、強化繊維束３０を確実に安定して搬送することができる。
【００６９】
前記接触角θが９０°＜θ＜１７０°の範囲を逸脱する場合は、強化繊維束３０と固定
式のガイド６，７，９，１０，１３，１５との間に、たるみ、すべりや過摩擦などが発生
しやすくなり、円滑な強化繊維束３０の搬送ができないため好ましくない。
【００７０】
図３は本発明装置に適用されるバー部材を有する固定式のガイドを通過する強化繊維束
の接触幅、バー部材の湾曲部分の曲率半径及びバー部材の半径の関係を示している。
【００７１】
前記固定式のガイド６〜１５の他の例として、図３に示すように、湾曲部分２２ｂを備
えた円形断面状のバー部材２２ａを有してなる固定式のガイド２２を使用することができ
る。前記バー部材２２ａを通過する強化繊維束３０の接触幅Ｗとバー部材２２ａの湾曲部
分２２ｂの曲率半径Ｒとは、（Ｗ／２）≦Ｒ≦（４×Ｗ）の寸法関係に規定することが好
ましく、前記湾曲部分２２ｂの曲率半径Ｒ内を通過する強化繊維束３０の接触幅Ｗとバー
部材２２ａの半径ｒとは（Ｗ／１０）≦ｒ≦Ｗの寸法関係に規定することが好ましい。
【００７２】
上記寸法関係を満足する固定式ガイド２２の形状は、搬送中の強化繊維束３０の収束性
を十分に高めることができる。図３に示すような形態の固定式ガイド２２を強化繊維束搬
送路中に配することにより、本発明装置１における繊維目付の管理が容易となり、所定の
積層構造を有する成形体が得やすくなる。
【００７３】
一方、前記曲率半径Ｒが（Ｗ／２）よりも小さい場合は、前記曲率半径Ｒ内を通過する
強化繊維束３０の収束が過多になる。また、前記曲率半径Ｒが（４×Ｗ）よりも大きい場
合には強化繊維束３０の収束不足が発生する。このため、強化繊維束３０の目付斑を起こ
し、図示せぬ成形体の強度を低下させるばかりでなく、外観を損なうため好ましくない。
【００７４】
前記バー部材２２ａを有する固定式のガイド２２は、前記トラバース部４の出口部の近
傍の上流側に配されていることが特に有効である。搬送中の各強化繊維束３０を芯材５に送り出す直前に前記バー部材２２ａを有する固定式のガイド２２を固設支持することにより、最終的に得られる成形体の強度を高めることができる。
【００７５】
前記固定式のガイド８〜１５は、図１に示すように、円筒状のガイド部材と櫛状のガイ
ド部材とを一組として構成されていることが好ましい。仮に、強化繊維束３０にヨリが加
えられた場合があっても、強化繊維束３０のヨリが通過できないように構成されている。
【００７６】
このように、円筒状のガイド部材と櫛状のガイド部材とを組合わせることにより、強化
繊維束３０の目付を安定化させることができるとともに、最終的に得られる成形体の強度
を高めることができる。なお、前記円筒状の固定式のガイド９，１０，１３，１５と前記
櫛状の固定式のガイド８，１１，１２，１４との組合わせは、図示例に限定されるもので
はなく、例えば二組以上の組合わせであってもよい。
【００７７】
本発明装置１は、図１に示すように各ボビン２から芯材５への強化繊維束搬送路中に、各強化繊維束３０に対して独立回転する独立回転形のガイドローラ１６〜２０が固設支持されるとともに、搬送中の各強化繊維束３０を芯材５へ送り出すトラバース部４の出口部に一体回転形のガイドローラ２１が固設支持されるように構成されている。
【００７８】
前記独立回転形のガイドローラ１６〜２０の存在により、搬送中の各強化繊維束３０が
各ガイドローラ１６〜２０に独立して通過することができるため、各強化繊維束３０に張
力を均等に与えることができるようになる。これにより、各強化繊維束３０の擦過のため
に生じる毛羽の発生、切れ、擦過傷、破損等を確実に防止することができる。
【００７９】
また、前記一体回転形のガイドローラ２１の存在により、搬送中の各強化繊維束３０を
前記芯材５へ送り出す際に、１本のガイドローラー２１上に収束することができるように構成されており、図示せぬ成形体の繊維配向の整列度を向上することができる。
【００８０】
上記のように構成された本発明装置１を用いることにより、本発明の代表的な繊維強化
複合材料の製造方法が実施される。
【００８１】
各ボビン２から引き出された図示例では都合３本の強化繊維束３０は、各強化繊維束３
０の引出し方向に直交して高低差をもって並ぶ２本の固定式のガイド６，７のうち、高位
の固定式のガイド６の上を跨いだのち、次位の固定式のガイド７の下を潜るようにして互
い違いに巻き掛けられ、上述のようにヨリを解除した正常な状態で、各ボビン２から強化
繊維束３０を所定の張力下で同時に引き出す。なお、ボビン２の本数は３本に限定される
ものではなく、所望本数のボビン２を配することができる。
【００８２】
続いて、引き出した各強化繊維束３０を固定式のガイド８，９を介して同一平面上に間
隔を保って搬送し、樹脂槽３ａを介して各強化繊維束３０に樹脂を塗布する。この樹脂槽
３ａは、各強化繊維束３０が１本の回転ドラム３ｂと同回転ドラム３ｂの上下流側の近傍
に固設支持された独立回転形のガイドローラ１６，１７とによって上下から挟み込むよう
にして押し付けられることにより、各強化繊維束３０に規定量の樹脂を塗布できる構造に
なっている。樹脂を塗布する工程にドラム式のコーターを用いる場合は、そのドラムは、
全ての強化繊維束３０に対して独立回転する回転ドラムが望ましいが、全ての強化繊維束
３０に対して共通の回転ドラムを使用することもできる。
【００８３】
樹脂を塗布した各強化繊維束３０は、その下流側に固設支持された固定式のガイド１０
，１１、トラバース部４の入口部に固設支持された固定式のガイド１２，１３から独立回
転形のガイドローラ１８〜２０を介して各強化繊維束３０間の間隔を一定に保ちながら搬
送される。このとき、初期の強化繊維束３０の張力を維持しながら、各強化繊維束３０を
搬送することによりトラバース部４に搬入される。
【００８４】
同トラバース部４では、一体回転形のガイドローラ２１を介して各強化繊維束３０を整
列させて誘導案内する。このとき、一体回転形のガイドローラ２１の存在により、芯材５に同時に送り出した各強化繊維束３０を均等に整列させて誘導案内することができる。このため、最終的に得られる成形体の繊維配向性を向上することができる。
【００８５】
続いて、整列した各強化繊維束３０を芯材５に同時に送り出し、整列した各強化繊維束３０を芯材５に巻付けて、図示せぬ成形体の前駆体が形成される。得られた成形体の前駆体は所定の硬化条件で硬化され、最終製品としての成形体が得られる。
【００８６】
以下に、本発明の更に具体的な実施例について比較例とともに表１を参照しながら説明
する。
先ず最初に、実施例及び比較例において説明する評価方法に関して説明する。
【００８７】
（１）評価用圧力容器サンプルの製造手順
エンテック・コンポジットマシンズ・インク（Entec Composite Machines Inc. ）社製のフィラメントワインディング機を用いて、図３に示す湾曲部分２ｂを備えた円形断面状のバー部材２ａを有する固定式のガイド２２を装着し、充填圧３０ＭＰａの圧力容器を以下の手順で製造した。
【００８８】
容量９リットルのアルミニウム製容器本体（全長５４０ｍｍ、胴部長さ４１５ｍｍ、胴
部外径１６３ｍｍ、胴部の中央での肉厚３ｍｍ）に樹脂を含浸した強化繊維束３０を巻き
付け、繊維強化樹脂層を形成した。強化繊維束３０の給糸本数は５本とした。
【００８９】
繊維強化樹脂層は、内面側から外面側に向けて、径方向配向層／軸方向配向層／周方向
配向層を有する３層構造とした。
【００９０】
中間体容器を加熱炉に入れ、加熱炉内の温度を室温から１３５°Ｃまで１°Ｃ／分で上
昇させた。繊維強化樹脂層の表面温度が１３５°Ｃに到達したことを確認した後、１時間
放置した。その後、炉内温度を１°Ｃ／分で６０°Ｃまで降下させ、容器を加熱炉から取
り出して室温と同一温度になるまで放冷し、評価用の圧力容器を得た。
【００９１】
（２）破壊圧力の測定方法（破裂特性）
三菱レイヨン（株）製の水圧破壊試験機に評価用圧力容器をセットし、昇圧速度１. ４ＭＰａ以下で水圧を負荷し、破裂したときの破裂圧力を測定した。
実施例及び比較例において使用した材料は次の通りである。
【００９２】
（３）強化繊維
（ａ）強化繊維：三菱レイヨン（株）製の炭素繊維ＴＲＨ５０１２Ｌを使用した。この炭素繊維は、単繊維直径７μｍ、フィラメント数１２０００本で、ストランド強度４９００ＭＰａ、同弾性率２５５ＧＰａ、伸度１. ９％である。
【００９３】
（４）マトリックス樹脂
樹脂：三菱レイヨン（株）製エポキシ樹脂＃７００Ｂ（組成エピコート８２８／ＸＮ１０４５／ＢＹＫＡ５０６）の樹脂を使用した。
【００９４】
（５）トウプリプレグ
（ａ）トウプリプレグ：１本のトウからなるプリプレグとして、ニューポートアドヘシブ
スアンドコンポジットインク．（ＮｅｗｐｏｒｔＡｄｈｅｓｉｖｅｓａｎｄＣｏｍｐｏｓ
ｉｔｅｓｉｎｃ．）社製のＷＤＥ−３Ｄ−１（ＴＲＨ５０  １２Ｋ）を使用した。
【００９５】
このトウプリプレグは、三菱レイヨン（株）製の炭素繊維ＴＲＨ５０  １２Ｋに、予めマトリックス樹脂を含浸したものであり、幅が約４ｍｍ、樹脂含有率が約２８質量％である。用いられた炭素繊維は、単繊維直径７μｍ、フィラメント数１２０００本であり、ストランド強度４９００ＭＰａ、同弾性率２５５ＧＰａである。
【００９６】
【表１】
2005088536.tif 000003
【実施例１】
【００９７】
図１に示す繊維強化複合材料の製造装置（ＦＷ）１のＦＷ工程で、圧力容器を上記評価
用圧力容器サンプルの製造手順で形成した。強化繊維には上記マトリックス樹脂（４）を含浸した強化繊維（３）を用いた。このときのＦＷ工程における各強化繊維束３０のたるみやすべりはほとんどなく、良好な工程通過性が得られた。
次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１１６ＭＰａであった。また破裂位置は、圧
力容器の直胴部を起点に発生していた。この結果を表１に示す。
【実施例２】
【００９８】
トラバース部４の出口部に隣り合う上流側に配された櫛状の固定式のガイド１４及び円
筒状の固定式のガイド１５を取り外し、同ガイド１５を櫛状の固定式のガイド（Ｒ＝２５
，ｒ＝７. ５）に変更した以外は、図１に示すＦＷ工程を用いて、圧力容器を上記評価用
圧力容器サンプルの製造手順で形成した。
【００９９】
上記マトリックス樹脂（４）を含浸した強化繊維（３）の収束体の幅を測定したところ、前記櫛状のの固定式のガイド上において、約２０ｍｍであった。このとき、ＦＷ工程における各強化繊維束３０のたるみやすべりはほとんどなく、良好な工程通過性が得られた。
次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１１３ＭＰａであった。また破裂位置は、圧
力容器の直胴部を起点に発生していた。この結果を表１に示す。
【実施例３】
【０１００】
円筒状の固定式のガイド９，１０，１３，１５を取り外した以外は、図１に示すＦＷ工
程を用いて、圧力容器を上記評価用圧力容器サンプルの製造手順で形成した。強化繊維束
３０には樹脂（３）を含浸した強化繊維（４）を用いた。このときのＦＷ工程における各
強化繊維束３０のたるみやすべりはほとんどなく、良好な工程通過性が得られた。
次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１１０ＭＰａであった。また破裂位置は、圧
力容器の直胴部を起点に発生していた。この結果を表１に示す。
【実施例４】
【０１０１】
樹脂含浸装置３を取り外した以外は、図１に示すＦＷ工程を用いて、圧力容器を上記評
価用圧力容器サンプルの製造手順により形成した。強化繊維束３０としては予め樹脂を含
浸させてあるトウプリプレグ（５）を用いた。このとき、ＦＷ工程における各強化繊維束
３０のたるみやすべりはほとんどなく、良好な工程通過性が得られた。
次に、破壊圧力の測定を実施したところ、１１９ＭＰａであった。また破裂位置は、圧
力容器の直胴部を起点に発生していた。この結果を表１に示す。
【比較例１】
【０１０２】
独立回転式のガイド１６〜２０を、１本からなる円筒形状の回転可能な回転式のガイド
とした以外は、図１に示すＦＷ工程を用いて、圧力容器を上記評価用圧力容器サンプルの
製造手順で形成した。強化繊維束３０には、樹脂（３）を含浸した強化繊維（４）を用い
た。このとき、ＦＷ工程において、圧力容器のドーム部に繊維を配置する時に、強化繊維
束３０のたるみやすべりが生じるなどしたが、圧力容器が得られた。
次に、破壊圧力の測定を実施したところ、８７ＭＰａであった。また破裂位置は、圧力
容器の底部におけるドーム部を起点に発生していた。この結果を表１に示す。
【比較例２】
【０１０３】
円筒状の固定式のガイド９，１０，１３上に接触している強化繊維束３０の接触角θを
約６０°にした以外は、図１に示すＦＷ工程を用いて、圧力容器を上記評価用圧力容器サ
ンプルの製造手順に従って形成した。強化繊維束３０には、樹脂（３）を含浸した強化繊
維（４）を用いた。このとき、ＦＷ工程において、強化繊維束３０のケバが発生し、工程
通過性が悪かったり、圧力容器のドーム部に繊維を配置する時に強化繊維束３０のたるみ
やすべりが若干量生じるなどしたが、圧力容器を得た。
次に、破壊圧力の測定を実施したところ、９７ＭＰａであった。また破裂位置は、圧力
容器の直胴部を起点に発生していた。この結果を表１に示す。
【０１０４】
このように、本発明の繊維強化複合材料の製造装置１に適用されるガイド６〜２１の構
成を用いることにより、芯材５に巻付ける強化繊維束３０の配向を設計どおりに忠実に配向させることができるようになり、強度発現性の高い成形体を得ることができる。また、工程通過性も良好であることから、工程の省力化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の代表的な実施形態である繊維強化複合材料の製造装置の一例を模式的に示す構成説明図である。
【図２】本発明装置に適用されるボビンから固定式のガイドを通過する強化繊維束の動きを模式的に示す説明図である。
【図３】本発明装置に適用されるバー部材を有する固定式のガイドを通過する強化繊維束の接触幅、バー部材の湾曲部分の曲率半径及びバー部材の半径の関係を示す説明図である。
【図４】従来の繊維束送り機構の断面図である。
【図５】芯材の軸線に沿う方向に繊維束を巻付ける時の前記繊維束送り機構の側面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１                繊維強化複合材料の製造装置
２（2a,2b,2c）  ボビン
３                樹脂含浸装置
３ａ              樹脂槽
４                トラバース部
５                芯材
６〜１５，２２    固定式のガイド
１６〜２１        回転式のガイド
２２ａ            バー部材
２２ｂ            湾曲部分
３０              強化繊維束
【図１】
2005088536.tif 000004
【図２】
2005088536.tif 000005
【図３】
2005088536.tif 000006
【図４】
2005088536.tif 000007
【図５】
2005088536.tif 000008